pcb優(yōu)化

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)概念

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)指的是從多種預(yù)備方案中選出最佳方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)以數(shù)學(xué)手段為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)，根據(jù)性能最大化的目標(biāo)，建立函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)理念

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)，由美國在90年代提出，簡(jiǎn)稱DFX。DFX包括可制造性設(shè)計(jì)、可測(cè)試設(shè)計(jì)、可組裝設(shè)計(jì)、可環(huán)保設(shè)計(jì)(Design for Environment, DFE); 為PCB可制造性設(shè)計(jì)(Design for Fabrication of the PCB, DFF)；可周轉(zhuǎn)性設(shè)計(jì)(Design for Sourcing, DFS); 可靠性設(shè)計(jì)(Design for Reliability, DFR); 為成本而設(shè)計(jì)(Design for Cost, DFC)，國內(nèi)一般都統(tǒng)稱為可制造性設(shè)計(jì)(DFM)。這種設(shè)計(jì)概念及設(shè)計(jì)方法可縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間、降低制造成本、提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程，而非最終出圖前。

　　PCB優(yōu)化設(shè)計(jì)基本原則

　　1.SMT工藝流程的確定。

　　在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念啟動(dòng)階段(Concept Start，CS)就應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品規(guī)劃的要求，確定產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝流程。PCB的表面組裝方式有以下六種(見下頁表3-1)：

六種組裝方式

　　幾種典型的組裝工藝流程如下：

　　(1) 單面混裝(SMD和THC都在A面)

　　A面印刷焊膏→元器件貼裝→回流焊→A面插裝THC→B面過波峰焊→檢測(cè)

　　(2) 雙面混裝(THC在A面，A、B兩面都有SMD)

　　A面印刷焊膏→元器件貼裝→回流焊→翻板→B面印膠或點(diǎn)膠→元器件貼裝→膠固化→A面插裝THC→B面過波峰焊→檢測(cè)

　　或采用下面的流程：

　　B面印刷焊膏→元器件貼裝→回流焊→翻板→A面印刷焊膏→元器件貼裝→回流焊→A面插裝THC→B面過波峰焊→檢測(cè)

　　(3) 雙面表面組裝

　　A面印刷焊膏→元器件貼裝→回流焊→翻板→B面印刷焊膏→元器件貼裝→回流焊→檢測(cè)

　　選擇表面組裝工藝流程應(yīng)考慮的主要因素：

　　(1) PCB板的組裝密度；

　　(2) SMT設(shè)備條件；

　　(3) 成本、效率。

　　一般原則：在回流焊接設(shè)備和波峰焊接設(shè)備都具備的條件下，優(yōu)先選擇回流焊接；選擇產(chǎn)品組裝方式時(shí)一般優(yōu)選單面混裝和單面全表面組裝；盡量避免PCB兩面都有大比重IC等器件。

　　2.PCB基材的選擇

　　用于PCB板的基材品種很多，主要分為兩大類：有機(jī)類基板材料和無機(jī)類基板材料。有機(jī)類基板又稱為覆銅箔層壓板(Copper Clad Laminates, CCL)是制造PCB的主要材料。而無機(jī)類基板主要是陶瓷板和瓷釉包覆鋼基板。例如我們大量使用的雙面板FR-4就是玻璃布基CCL。

　　選擇基材應(yīng)考慮以下因素：選擇基材應(yīng)根據(jù)PCB的使用條件以及機(jī)械、電性能要求；根據(jù)PCB結(jié)構(gòu)確定基材的覆銅箔層數(shù)(單面、雙面或多層板)；根據(jù) PCB尺寸和元器件重量確定基材的厚度；基材參數(shù)Tg、CTE及平整度等符合要求；價(jià)格因素等。用于SMT工藝的PCB基材有以下要求：

　　(1) 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)較高。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(glass transition temperature, Tg)是聚合物特有的性能，是決定材料性能的臨界溫度，是選擇基板的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。環(huán)氧樹脂的Tg在125~140℃左右，再流焊溫度在245℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PCB基板的Tg，高溫容易造成PCB的熱變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞元件。因此，在選擇基材時(shí)選擇Tg較高的基材，建議Tg在140℃以上。

　　(2) 熱膨脹系數(shù)(CTE)低。對(duì)于多層板結(jié)構(gòu)的PCB來說，由于X、Y方向(即長、寬方向)和Z方向(即厚度方向)的熱膨脹系數(shù)不一致，容易造成PCB變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成金屬化孔斷裂和損壞元件。如圖3.2所示。

　　(3) 耐熱性高。通常PCB要經(jīng)過兩次回流，為保證二次貼片的可靠性，必須要求PCB的一次高溫后變形要小。T260的推薦值為30分鐘以上，T288的推薦值是大于五分鐘。

　　(4) 平整度好。一般PCB所允許的翹曲率在0.75%，對(duì)于PCB厚度為1.6mm的基板，上翹曲≤0.5mm，下翹曲≤1.2mm。

　　(5) 良好的電氣性能。由于通信技術(shù)向高頻化的發(fā)展，PCB的高頻特性要求也隨之提高。頻率的增高會(huì)引起PCB基材的介電常數(shù)(ε)增大，導(dǎo)致電路信號(hào)的傳輸速度下降。其他電氣性能指標(biāo)還有介質(zhì)損耗角正切、抗電強(qiáng)度、絕緣強(qiáng)度、抗電弧強(qiáng)度等。